一种森林生态环境无线传感器网络监测系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种森林生态环境无线传感器网络监测系统，包括个人电脑和无线传感器网络，无线传感器网络由若干个传感器节点和若干个汇聚节点组成，传感器节点随机铺设在被监测森林区域中，通过无线通信技术将数据发送至汇聚节点，汇聚节点通过卫星与监管中心进行通信，监管中心通过互联网数据传输将数据传输到个人电脑。通过无线传感器网络和采用Bayes方法对温度湿度信息进行融合，有效地降低了网络因为传递冗余信息而造成的能量损失，延长了网络寿命。本系统能够实时地监测森林环境的温度湿度，不但起到火险等级预报的作用，而且一旦发生火灾，能够迅速判断出何时何地发生火灾，帮助防火人员及时做出反应，最大限度降低火灾损失。

A wireless sensor network monitoring system for forest ecological environment

The utility model discloses a wireless sensor network monitoring system for forest ecological environment, including a personal computer and a wireless sensor network. The wireless sensor network is composed of several sensor nodes and several converging nodes. The sensor nodes are randomly laid in the monitored forest area, and the number of the wireless sensor networks will be counted by wireless communication technology. It is sent to the convergence node, which communicates with the supervisory center through the satellite, and the regulatory center transfers data to the personal computer through the Internet data transmission. The wireless sensor network and the Bayes method are used to fuse the temperature and humidity information, which effectively reduces the energy loss caused by the transmission of redundant information and prolongs the network life. This system can monitor the temperature and humidity of the forest environment in real time, not only play the role of fire danger grade forecast, but once the fire occurs, it can quickly judge when and where the fire will occur, help the fire protection personnel to respond in time and reduce the fire loss to the maximum.

【技术实现步骤摘要】
一种森林生态环境无线传感器网络监测系统
本技术属于生态环境监测
，具体为一种森林生态环境无线传感器网络监测系统。
技术介绍
在森林防火管理中，普遍采用在防火期间派出防火人员到林区巡逻、望塔人工观测及“3S”技术(地理信息系统(GIS)、遥感(RS)和全球定位系统(GPS))。人工巡检、望塔方式虽然简单易行，但需要投入很多财力、物力、劳力，存在防火人员主观麻痹大意、擅离岗位、无法实时监测、覆盖范围有限等诸多不利因素.而对于“3S“技术，例如，林火信息管理、林火设施布局分析、实时监测林火扑救和指挥、林火的预测预报等，在一定程度上实现林火实时监控和森林资源信息的快速采集与处理，为森林防火提供了早期预警信息和强有力的决策支持。然而，这类火险监测方法仍然存在不少问题，如数据来源和精度一直是GPS技术解决资源环境问题的一个瓶颈，卫星遥感图像实时性不高，对同一地区不能全天候全时段监控，受天空云层厚度或卫星偏轨现象等因素的影响导致火点定位精度较低，以及存在漏判与误判的现象。这些问题降低了“3S”技术的森林火灾监测效果，可以看出“3S”技术适合森林的宏观监控，而对于森林的微观监控和森林灾害现场信息的收集用处不大。这主要因为通过卫星或摄像头等装置所获取的图像反映的是火光、烟雾等情况，而不能取得现场的温度、湿度、风向、风速等实地情况。因此我们对此做出改进，提出一种森林生态环境无线传感器网络监测系统。
技术实现思路
为解决现有技术存在的数据来源与精度无法保证、容易受外界环境影响、存在漏判和误判的缺陷，本技术提供一种森林生态环境无线传感器网络监测系统。为了解决上述技术问题，本技术提供了如下的技术方案：本技术一种森林生态环境无线传感器网络监测系统，包括个人电脑和无线传感器网络，所述无线传感器网络由若干个传感器节点和若干个汇聚节点组成，所述传感器节点随机铺设在被监测森林区域的各个位置，且若干个所述传感器节点的内部均由主控芯片、温度传感器、湿度传感器、共振电路和看门狗组成，所述主控芯片通过AIN0、AIN1、AIN2、AIN3四个引脚分别与温度传感器、湿度传感器、共振电路和看门狗电性连接，所述传感器节点对温湿数据进行感知和采集，并通过无线通信技术将数据发送至汇聚节点，所述汇聚节点通过卫星与监管中心进行通信，监管中心通过互联网数据传输将数据传输到个人电脑，通过个人电脑对数据进行处理和分析，所述个人电脑的内部运行有数据处理算法。作为本技术的一种优选技术方案，所述主控芯片采用2.4Ghz射频系统的单芯片CC2430，单芯片CC2430采用了一个8位MCU、128KB可编程闪存和8KB的RAM制成，还包括数字转换器ADC、若干个定时器、AES-128协同处理器、看门狗定时器、上电复位电路、调电检查电路以及21个可编程I/O引脚。作为本技术的一种优选技术方案，所述温度传感器为DS18B20型线式数字温度传感器，具有引脚TO-92小体型封装形式；温度测量范围为-55℃至+125℃，被测量的温度值用符号扩展的16位数字量方式串行输出，其工作电源即可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生。作为本技术的一种优选技术方案，所述湿度传感器为HSll01型湿度传感器。作为本技术的一种优选技术方案，所述传感器节点5还包括非平衡电压器，所述非平衡电压器由电容和电感L341、L321、L331以及一个PCB微波传输线组成，整个结构满足RF输入/输出匹配电阻的要求，内部T/R交换电路完成LNA和PA之间的交换。作为本技术的一种优选技术方案，所述传感器节点5还包括偏置电阻，所述偏置电阻由电阻R221和R261组成，电阻R221主要用来为32MHz的晶振提供一个合适的工作电流。作为本技术的一种优选技术方案，所述传感器节点5还包括石英谐振器，所述石英谐振器包括XTAL1和XTAL2，1个32MHz的XTAL1型的石英谐振器和个电容构成一个32MHz的晶振电路，用1个32.768kHz的XTAL2型的石英谐振器和个电容构成一个32.768kHz的晶振电路。作为本技术的一种优选技术方案，所述数据处理算法采用Bayes方法，当有n个传感器时，观测结果分别是B1，B2，……，Bn，与之对应的决策为A1，A2，……，Am，也即用p来表示Am和Bn的联合概率分布函数如下；本技术的有益效果是：该种一种森林生态环境无线传感器网络监测系统，通过无线传感器网络采集到的数据更为准确、直接地反映监控现场的各种环境因素变化情况，而且时效性更好，能够很好地弥补“3S”防火技术的不足。无线传感器网络在无人值守的环境监测、灾害扑救等特殊领域，具有传统技术无可比拟的优势，在实现无线通信的时候，采用Bayes方法对温度湿度信息进行融合，有效地降低了网络因为传递冗余信息而造成的能量损失，延长了网络寿命。本系统能够实时地监测森林环境的温度湿度，不但起到火险等级预报的作用，而且一旦发生火灾，能够迅速判断出何时何地发生火灾，帮助防火人员及时做出反应，最大限度降低火灾损失。附图说明附图用来提供对本技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本技术的实施例一起用于解释本技术，并不构成对本技术的限制。在附图中：图1是本技术一种森林生态环境无线传感器网络监测系统的主体结构示意图；图2是本技术一种森林生态环境无线传感器网络监测系统的网络节点结构示意图；图3是本技术一种森林生态环境无线传感器网络监测系统的传感器节点电路图；图4是本技术一种森林生态环境无线传感器网络监测系统的数据处理流程图；图5是本技术一种森林生态环境无线传感器网络监测系统的节点软件流程图。图中：1、卫星；2、监管中心；3、个人电脑；4、无线传感器网络；5、传感器节点；6、汇聚节点；7、主控芯片；8、温度传感器；9、湿度传感器；10、共振电路；11看门狗；12、非平衡电压器；13、偏置电阻；14、石英谐振器；15、电容；16、天线；17、数据处理算法。具体实施方式以下结合附图对本技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本技术，并不用于限定本技术。实施例：如图1-5所示，本技术一种森林生态环境无线传感器网络监测系统，包括个人电脑3和无线传感器网络4，无线传感器网络4由若干个传感器节点5和若干个汇聚节点6组成，传感器节点5随机铺设在被监测森林区域的各个位置，且若干个传感器节点5的内部均由主控芯片7、温度传感器8、湿度传感器9、共振电路10和看门狗11组成，主控芯片7通过AIN0、AIN1、AIN2、AIN3四个引脚分别与温度传感器8、湿度传感器9、共振电路10和看门狗11电性连接，传感器节点5对温湿数据进行感知和采集，并通过无线通信技术将数据发送至汇聚节点6，汇聚节点6通过卫星1与监管中心2进行通信，监管中心2通过互联网数据传输将数据传输到个人电脑3，通过个人电脑3对数据进行处理和分析，个人电脑3的内部运行有数据处理算法17。其中，主控芯片7采用2.4Ghz射频系统的单芯片CC2430，单芯片CC2430采用了一个8位MCU、128KB可编程闪存和8KB的RAM制成，还包括数字转换器ADC、若干个定时器、AES-1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种森林生态环境无线传感器网络监测系统，包括个人电脑(3)和无线传感器网络(4)，其特征在于，所述无线传感器网络(4)由若干个传感器节点(5)和若干个汇聚节点(6)组成，所述传感器节点(5)随机铺设在被监测森林区域的各个位置，且若干个所述传感器节点(5)的内部均由主控芯片(7)、温度传感器(8)、湿度传感器(9)、共振电路(10)和看门狗(11)组成，所述主控芯片(7)通过AIN0、AIN1、AIN2、AIN3四个引脚分别与温度传感器(8)、湿度传感器(9)、共振电路(10)和看门狗(11)电性连接，所述传感器节点(5)对温湿数据进行感知和采集，并通过无线通信技术将数据发送至汇聚节点(6)，所述汇聚节点(6)通过卫星(1)与监管中心(2)进行通信，监管中心(2)通过互联网数据传输将数据传输到个人电脑(3)，通过个人电脑(3)对数据进行处理和分析，所述个人电脑(3)的内部运行有数据处理算法(17)。

【技术特征摘要】
1.一种森林生态环境无线传感器网络监测系统，包括个人电脑(3)和无线传感器网络(4)，其特征在于，所述无线传感器网络(4)由若干个传感器节点(5)和若干个汇聚节点(6)组成，所述传感器节点(5)随机铺设在被监测森林区域的各个位置，且若干个所述传感器节点(5)的内部均由主控芯片(7)、温度传感器(8)、湿度传感器(9)、共振电路(10)和看门狗(11)组成，所述主控芯片(7)通过AIN0、AIN1、AIN2、AIN3四个引脚分别与温度传感器(8)、湿度传感器(9)、共振电路(10)和看门狗(11)电性连接，所述传感器节点(5)对温湿数据进行感知和采集，并通过无线通信技术将数据发送至汇聚节点(6)，所述汇聚节点(6)通过卫星(1)与监管中心(2)进行通信，监管中心(2)通过互联网数据传输将数据传输到个人电脑(3)，通过个人电脑(3)对数据进行处理和分析，所述个人电脑(3)的内部运行有数据处理算法(17)。2.根据权利要求1所述的一种森林生态环境无线传感器网络监测系统，所述主控芯片(7)采用2.4Ghz射频系统的单芯片CC2430，单芯片CC2430采用了一个8位MCU、128KB可编程闪存和8KB的RAM制成，还包括数字转换器(ADC)、若干个定时器、AES-128协同处理器、看门狗定时器、上电复位电路、调电检查电路以及21个可编程I/O引脚。3.根据权利要求1所述的一种森林生态环境无线传感器网络监测系统，所述温度传感器(8)为DS18B20型线式数字温度传感器，具有3引脚TO-92小体型封装形式；温度测量范围为-55℃至+125℃，被...

【专利技术属性】
技术研发人员：何顺明，钱进，
申请(专利权)人：安徽益佳园环境工程有限公司，
类型：新型
国别省市：安徽,34